INNOVATIVE: Journal Of Social Science Research Volume 3 Nomor 2 Tahun 2023 Page 3452-3464 E-ISSN 2807-4238 and P-ISSN 2807-4246
Website: https://j-innovative.org/index.php/Innovative

## Perancangan Sistem Monitoring Suhu dan Getaran Turbin Berbasis HMI PLC

## Imam Halimi
Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta Email: imam.halimi@elektro.pnj.ac.id
Abstract
Steam turbine is a crucial machine in a power plant. The turbine is designed to convert heat energy from steam into mechanical energy in the form of a turbine shaft rotation. When the turbine operates there are many factors that will interfere with turbine performance such as temperature and vibration in the steam turbine.  High  temperature  and  increased  vibration  are  some  of  the  indicators  that  cause  turbine  blade damage. For this reason, a monitoring system was created to monitor temperature and vibration in the steam turbine by placing several temperature and vibration sensors on the turbine so that when it exceeds the standard value it will activate an alarm and turn off the turbine when it is in a state of danger. This monitoring system uses Siemens PLC and HMI with TIA Portal software.
Keywords: Monitoring system, PLC, HMI, Temp, vibration

## Abstrak
Turbin uap merupakan mesin yang krusial pada suatu pembangkit listrik. Turbin dirancnag untuk mengubah energi panas dari uap menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin. Ketika turbin beroperasi banyak factor factor yang akan mengganggu kinerja turbin seperti suhu dan getaran pada turbin uap. Suhu tinggi dan peningkatan getaran merupakan beberapa indikator yang menyebabkan kerusakan sudu turbin. Untuk itu, dibuat sistem monitoring untuk memonitor suhu dan getaran pada turbin uap dengan penempatan beberapa  sensor  suhu  dan  getaran  pada  turbin  sehingga  Ketika  melebihi  nilai  standar  maka  akan mengaktifkan  alarm  dan  mematikan  turbin  Ketika  dalam  keadaan  bahaya.  Sistem  monitoring  ini menggunakan PLC dan HMI Siemens dengan software TIA Portal.
Kata kunci: Sistem Monitoring,PLC,HMI,suhu,getaran

## PENDAHULUAN
Turbin uap merupakan mesin yang dirancang untuk mengubah energi panas dari uap menjadi energi mekanik berupa putaran pada poros turbin. Mesin ini merupakan salah satu jenis mesin yang memiliki tingkat kritis yang tinggi. Ketika turbin mengalami gangguan atau kerusakan akan mengakibatkan kerugian besar baik materiil dan moril serta keselamatan kerja (Budiawan, Parno, & Prasetyo, 2019).
Dalam proses pembangkitan listrik, turbin uap memiliki peranan penting, yaitu sebagai penggerak generator untuk menghasilkan listrik. Komponen yang mengkonversi energi untuk menggerakkan  generator  disebut  sudu  turbin  (Zulfikar  &  Laksono,  2019).  Saat  beroperasi sudu gerak turbin dipengaruhi oleh gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh putaran rotor. Gaya tersebut menimbulkan tegangan bending pada sudu gerak sehingga mempersulit kerja sudu yang pada akhirnya dapat menyebabkan kerusakan dini (Budiawan et al., 2019).
Suhu  tinggi  dan  peningkatan  getaran  merupakan  beberapa  indikator  yang menyebabkan kerusakan sudu turbin (Risano, 2010). Pada turbin sering ditemui kasus suhu yang melebihi standar yang telah ditentukan dan mengalami overheating sehingga turbin tersebut blackout (Pratikno & Darmana, 2019). Begitu pula dengan getaran rotor yang tinggi dapat  mengakibatkan  kerusakan  yaitu  rotor  bending,  rotor  rubs,  rotor  and  casing misalignment  dan  rotor  unbalance  (Shamoradi  dalam  [1]).  Berdasarkan  kasus-kasus terdahulu,  nilai  suhu  dan  getaran  dipergunakan  untuk  mengetahui  apakah  sebuah  turbin masih layak berfungsi secara ideal tanpa mengalami perubahan yang cukup signifikan.  Maka dari itu perlu dilakukan monitoring terhadap nilai suhu dan getaran turbin agar kondisi mesin selalu dalam performa yang handal. Adanya pemantauan tersebut juga dapat mendeteksi kerusakan  turbin  sedini  mungkin,  sehingga  kerusakan  lebih  lanjut  dan  kerugian  akibat terhentinya mesin dapat dicegah.
PT. CI yang berada di Kalimantan Barat merupakan perusahaan produsen Crude Palm Oil  (CPO).  Perusahaan  ini  memaanfaatkan  turbin  uap  dalam  proses  produksinya,  dimana generator digerakkan oleh uap dari boiler. Turbin yang terpasang hanya dilengkapi dengan thermometer yang nilainya dibaca secara manual. Diperlukan modifikasi sistem monitoring yang dilengkapi instrumentasi untuk mengukur perubahan suhu dan getaran pada saat turbin beroperasi.  Untuk  mengukur  suhu  dan  getaran  di  sekitar  turbin  digunakan  temperature transduser  (TT)  dan  vibration  transduser  (VT)  yang  mempunyai  kemampuan  mengukur temperature sampai 100 C dan vibration sampai berapa. Namun keluaran TT dan VT tidak dalam satuan celcius dan ms, melainkan dalam bentuk keluaran arus dari 4-20 mA.
Dalam penelitian ini dirancang bangun suatu sistem monitoring suhu dan getaran turbin yang nilainya akan dipantau melalu Human Machine Interface (HMI). Nilai yang tampil pada HMI merupakan hasil dari proses yang dilakukan oleh Programmable Logic Controllers (PLC). Perancangan system ini menggunakan PLC agar dapat mengkonversi output TT dan VT dari bentuk keluaran arus menjadi tampilan suhu dan getaran. Selain itu, controller ini juga dapat beroperasi pada keadaan temperatur tinggi, kotor dan berdebu, dan mempunyai daya tahan terhadap  getaran  bahkan benturan yang cocok digunakan di  area  produksi. Penelitian  ini diharapkan  dapat   bermanfaat  untuk   kemajuan teknologi  di   industri,  terutama  pada sistem pemantauan suhu dan getaran turbin.

## METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  diterapkan  adalah rancang bangun system monitoring suhu dan getaran turbin menggunakan HMI berbasis PLC. Tahapan penelitian dimulai dari:
1. Perancangan panel monitoring yang terdiri dari pemilihan spesifikasi, peletakan komponen, dan wiring diagram.
2. Pemasangan komponen dan pengkabelan pada panel monitoring
3. Pembuatan program PLC
4. Pembuatan program HMI
5. Koneksi PLC-HMI
6. Running program PLC-SCADA
7. Uji fungsi

## 1. Deskripsi Alat
Sistem  ini  bekerja  dengan  membaca nilai yang diperoleh  sensor suhu dan sensor getaran berdasarkan kondisi di sekitar turbin. Rancangan rangka panel terlihat pada Gambar 1.

## Gambar 1 Part Layout

## 2. Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat/komponen yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi Alat No Nama Alat Spesifikasi Jumla h 1 CPU PLC Siemens / SIMATIC S7-1200, CPU 1214C, DC/DC/DC 1 Unit 2  Analog Input Siemens / SIMATIC S7-1200, Analog input, SM 1231, 8 AI 4 Unit 3  HMI Siemens / SIMATIC HMI TP1200 Comfort, 12" widescreen 1 Unit 4  MCB Schneider / 1C60N, 2P, 6A, C curve 1 Unit 5  Surge Arrester OBO / 2-pole, 12V AC/DC 1 Unit 6  Relay Schneider / Zelio RXM 2 C/O 24 V DC 12 A with LED 10 Unit 7  Sensor Getaran IFM / VKV021 Vibration Monitor, range 0- 25 mm/s 1 Unit 9  Sensor Suhu PT100 PT100 SS304, Range 0C-150C, Ouput 4- 20mA 1 Unit 3. Cara Kerja
Terdapat 2 nilai yang dapat dimonitoring dengan deskripsi kerja sebagai berikut:
Monitoring Getaran
1. Sistem bekerja sesuai input getaran yang terbaca oleh sensor getaran.
2. Hasil pengukuran getaran akan diproses PLC dan nilai aktualnya ditampilkan melalui HMI.
3. Tombol interlock di aktifkan (ON).
4. Menginput nilai setpoin warning dan alarm pada layar HMI.
5. Ketika getaran aktual naik melebihi setpoin warning, maka status warning menyala.
6. Ketika getaran aktual naik melebihi setpoin alarm, maka dalam 2 detik status alarm menyala dan mengaktifkan buzzer dan mengakibatkan cut off pada turbin.
7. Tekan tombol reset untuk menonaktifkan alarm cut off turbin (nilai aktual getaran harus dibawah setpoin agar dapat di reset)
8. Tekan Tombol OFF interlock jika tidak ingin menggunakan sistem cut off turbin (jika alarm aktif maka sistem tidak akan otomatis melakukan cut off turbin).

## Monitoring Suhu
9. Sistem bekerja sesuai input suhu yang terbaca oleh sensor suhu.
10. Hasil pengukuran suhu akan diproses PLC dan nilai aktualnya ditampilkan melalui HMI.
11. Tombol interlock di aktifkan (ON).
12. Menginput nilai setpoin warning dan alarm pada layar HMI.
13. Ketika suhu aktual naik melebihi setpoin warning, maka status warning menyala.
14. Ketika suhu aktual naik melebihi setpoin alarm, maka dalam 2 detik status alarm menyala dan mengaktifkan buzzer dan mengakibatkan cut off pada turbin.
15. Tekan tombol reset untuk menonaktifkan alarm cut  off turbin (nilai aktual suhu harus dibawah setpoin agar dapat di reset)
16. Tekan Tombol OFF interlock jika tidak ingin menggunakan sistem cut off turbin (jika alarm aktif maka sistem tidak akan otomatis melakukan cut off turbin).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Realisasi Alat
Panel monitoring ini merupakan sistem yang menampilkan nilai suhu dan getaran turbin untuk  pemantauan  kondisi  dan  sebagai  proteksi  ketika  nilai  suhu  ataupun  getaran  diatas standar yang ditentukan. Komponen utama yaitu PLC SIMATIC S7-1200 dan SIMATIC HMI TP1200.  Komunikasi  PLC  dengan  HMI  adalah  komunikasi  Ethernet.  Realisasi  rangka  panel terlihat pada Gambar 2.

## Gambar 2
Pada baris pertama disusun komponen proteksi dan terminal distribusi daya 24VDC. Komponen proteksi yang dimiliki panel ini adalah MCB 2P 6A sebagai pengaman beban lebih dan surge arrester sebagai pengaman lonjakan tegangan. MCB dan surge arrester diletakkan di  baris  pertama  karena  merupakan  komponen  pertama  yang  akan  dilalui  sumber  listrik. Terminal distribusi daya 24VDC diletakkan disebelah kanan komponen proteksi. Peletakkan ini  dilakukan  untuk  mempermudah  pendistribusian  kabel-kabel  ke  komponen  lain  yang membutuhkan daya.
Baris kedua berisi komponen-komponen control, yaitu modul komunikasi, CPU PLC, dan analog input module. Peletakan ini merujuk pada estetika wiring dan dapat mempermudah pengecekan. Panel ini mempunyai 2 modul komunikasi. Modul komunikasi pertama untuk menghubungkan  amperemeter,  sedangkan  modul  komunikasi  kedua  untuk menghubungkan powermeter.
Baris ketiga berisi susunan relai 24VDC dan terminal komunikasi. Kabel yang terhubung pada input relai merupakan keluaran dari digital output module. Input terminal komunikasi terhubung dengan modul komunikasi menggunakan kabel profibus. Maka dari itu, relai dan terminal komunikasi disusun secara horizontal pada pada baris ketiga guna meminimalisir penggunaan kabel.
Baris keempat hanya berisi terminal digital input dan terminal digital ouput. Kedua jenis terminal ini diletakkan terpisah, terminal digital input di sisi kiri sedangkan terminal digital output di sisi kanan untuk mempermudah pengecekan. Hal ini juga menjadi antipisasi jika ada penambahan terminal. Jumlah terminal yang dipasang disesuaikan dengan jumlah slot digital input dan digital ouput pada CPU PLC, yaitu 14 digital input dan 10 digital ouput.
Baris  kelima  berisi  terminal  input  24VDC  dan  terminal  analog  input.  Terminal  input menerima  tegangan  24VDC  dari  power  supply  24VDC  yang  terpasang  di  panel  yang berbeda.  Kabel  tegangan  input  24VDC  masuk  melalui  cable  gland  yang  terpasang  di permukaan bawah panel. Hal tersebut yang menyebabkan terminal input 24VDC dipasang di baris terbawah panel. Terminal analog input diletakkan di baris kelima karena jumlahnya yang cukup banyak sehingga tidak memungkinkan untuk diletakkan di baris keempat.
Setiap digital output, digital input, dan analog input terhubung dengan terminal block agar  memudahkan  dalam  perawatan  penggantian  perangkat.  Masing  masing  modul  PLC membutuhkan  supply  24  VDC  dari  terminal  block  24  VDC.  Selain  modul  PLC  relay membutuhkan supply 24 VDC untuk menghidupkan coil dan menghubungkan kontak relay pada output.
Sensor  yang  digunakan  adalah  temperature  transmitter  dan  vibration  transmitter dengan output analog 4-20mA. Sensor mengirimkan sinyal analog ke module analog input PLC. Sinyal analog 4-20mA yang diterima PLC di konversikan menggunakan Analog Digital Converter (ADC) menjadi bilangan desimal dengan range 0-27648. Pemasangan sensor suhu dan sensor getaran terlihat seperti Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 3 Pemasangan Sensor Suhu Pada Turbin
Sensor  suhu  ditempatkan  pada  turbin  (Gambar  3)  untuk  mengukur  suhu  sekaligus memonitor suhu pada turbin agar sesuai dengan standar turbin. Ketika turbin memiliki suhu yang tidak wajar (melebihi dari standar) maka akan berpengaruh pada kinerja turbin.
Gambar 4 Pemasangan Sensor Getaran Pada Turbin
Sensor getaran dipasang seperti Gambar 4. Fungsi sensor getaran pada turbin  untuk memonitor suhu pada turbin agar sesuai dengan standar turbin sesuai dengan standar turbin (105°C), PLS (115°C), ataupun PLST (120°C) (Jurnal, 2016).
Realisasi Sistem

## Gambar 5 Tampilan HMI
Tampilan sistem monitoring seperti Gambar 5. Tampilan pada HMI terdiri dari proses, parameter yang aktif, alarm apabila tidak sesuai dengan setpoint, dan trending dari setiap parameter. Pada bagian atas terdapat tombol dan symbol yang memiliki fungsinya masing- masing. Penjelasan fungsi tombol dan symbol dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Keterangan Fungsi Tombol Tombol/Simbo l Fungsi Overview Menampilkan layout turbin 1 dan turbin 2 dengan nilai suhu dan getaran aktual turbin. Turbine 1 Menampilkan  layout  turbin  1  beserta  dengan monitoring nilai suhu dan getaran aktual. Turbine 2 Menampilkan  layout  turbin  2  beserta  dengan monitoring nilai suhu dan getaran aktual. Menampilkan  pop  up  status  status  instrument  pada masing-masing turbin. Setting Menampilkan  pengaturan  nilai  maksimum  dan minimum scaling pada turbin 1 dan turbin 2
Memberi tanda bahwa turbin dalam status warning.
Memberi tanda bahwa turbin dalam status alarm.
Menampilkan halaman login user.
Tombol logout user.
Menampilkan status user yang sedang login.
Menampilkan status user yang sedang login.

## Gambar 6 Tampilan HMI pada Panel
Nilai dari sensor suhu dan getaran ditampilkan pada layar setiap turbin seperti Gambar 6. Alarm akan aktif jika suhu atau getaran melebihi setpoint standar yang ditentukan pada turbin. Alarm nantinya akan dicatat secara realtime untuk mengetahui waktu normal maupun gangguan agar dapat dianalisa untuk perawatan oleh operator.

## Pengujian Sensor Suhu dan Getaran
Pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui respon dari sensor suhu dan getaran terhadap sistem monitoring secara real time. Sensor memiliki output 4-20mA dan nilai  tersebut  dikonversi  menggunakan  ADC  menjadi  bilangan  desimal  dengan  range  0- 27648. Berdasarkan hal tersebut diketahui bahwa, nilai 0 yang diberikan pada PLC berarti sensor mengeluarkan output 4mA. Sensor suhu dan getaran akan bekerja saat program pada software  TIA Portal V16 dijalankan  dan diberikan trigger nilai sebesar 27648. Total sensor yang akan diuji sebanyak 14 sensor yang terdiri dari 8 sensor suhu dan 6 sensor getaran, maka pengujian dilakukan sebanyak 14 kali percobaan. Setiap percobaan dilakukan pengujian setiap  1  menit  untuk  melihat  respon  dan  nilai  dari  sensor  suhu  dan  getaran.  Data  hasil pengujian sensor suhu dan getaran dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Hasil Pengujian Sensor Sensor Tes Inject Arus Nilai Hasil pada PLC  Kondisi Sensor Getaran 1 (VT RG1) 20 mA 20138 Normal Sensor Getaran 2 (VT RG2) 20 mA 20126 Normal
Sensor Tes Inject Arus Nilai Hasil pada PLC  Kondisi Sensor Getaran 3 (VT RG3) 20 mA 20102 Normal Sensor Getaran 4 (VT RG4) 20 mA 20085 Normal Sensor Getaran 5 (VT RG5) 20 mA 20211 Normal Sensor Getaran 6 (VT RG6) 20 mA 20127 Normal Sensor Suhu 1 (TT RG1) 20 mA 20129 Normal Sensor Suhu 2 (TT RG2) 20 mA 201118 Normal Sensor Suhu 3 (TT RG3) 20 mA 20082 Normal Sensor Suhu 4 (TT RG4) 20 mA 20112 Normal Sensor Suhu 5 (TT RG5) 20 mA 20101 Normal Sensor Suhu 6 (TT RG6) 20 mA 20122 Normal Sensor Suhu 7 (TT A1) 20 mA 20131 Normal Sensor Suhu 8 (TT A2) 20 mA 20117 Normal

## Data Sistem Monitoring
Tabel 4 menampilkan monitoring nilai suhu dalam selama 15 menit. Terlihat bahwa nilai suhu turbin dalam kondisi normal (aman). Suhu turbin memiliki 2 jenis proteksi yaitu warning dan alarm (Muchtar & Prasetyo, 2017). Warning sebagai peringatan pada sistem monitoring tanpa  Tindakan  cut  off  mesin  turbin  sedangkan  alarm  sebagai  proteksi  pada  sistem monitoring dengan melakukan cut off pada turbin.
Tabel 4 Data Monitoring Suhu Waktu  Suhu ( °C ) Warning ( °C ) Alarm ( °C )
4.00
PM
101 105 115 4.05 PM 99
Waktu  Suhu ( °C ) Warning ( °C )
Alarm ( °C ) 4.10 PM 102 4.15 PM 100 4.20
PM 100
Tabel 4 menampilkan monitoring nilai getaran dalam selama 15 menit. Dari data diatas menunjukkan bahwa selama waktu tersebut nilai getaran selalu dalam batas normal. Suhu dan  getaran  turbin  dalam  keadaan  normal  sehingga  tidak  membahayakan  alat,  operator maupun lingkungan sekitar.
Tabel 5 Data Monitoring Getaran Waktu Getaran (mm/s) Set point (mm/s) Warning (mm/s)
3.40 PM  1,1
1-1,2 5
3.45 PM  1 3.50 PM  1,1
3.55 PM  1,2

## 3.60 PM  1

## SIMPULAN
Kesimpulannya  adalah  Perancangan  panel  kontrol  terkait  erat  dengan  ketentuan client,  perusahaan  dan  standar  elektrikal.  Perancangan  part  layout  dan  diagram  wiring, diperlukan peranan datasheet dan manual book komponen elektrikal untuk mengetahui jenis sambungan, tipe serta konfigurasi lainnya. Serta program PLC dan HMI dapat berfungsi sesuai target & deskripsi kerja.

## DAFTAR PUSTAKA
Budiawan,  I.,  Parno,  Raharjo,  &  Prasetyo,  Prasetyo.  (2019).  Inspeksi  Getaran  Pada  Turbin  Uap Penggerak Pompa di Industri Pupuk. Jurnal Rekayasa Mesin, 14(1), 7 – 14.
Jurnal,  Redaksi  Tim.  (2016).  STUDI  ANALISIS  SISTEM  MONITORING  TEMPERATUR  RUANG BEARING: Tri Joko Pramono, Adang Maksus. Energi & Kelistrikan, 8(2), 92 – 98.
Muchtar,  Husnibes,  &  Prasetyo,  Zuli  Agus.  (2017).  ANALISA  TRIP  GAS  TURBIN  DARI  PROTEKSI FLAME OFF DI PLTGU MUARA TAWAR. ELEKTUM, 13(2), 16 – 20.
Pratikno, Pandegani Yuana, & Darmana, Eka. (2019). STUDI NAIKNYA TEMPERATUR PADA TURBIN
UAP MEREK SHINKO BERDAYA 4000 KW PADA PT. PERKEBUNAN NUSANTARA X DI PABRIK GULA DJOMBANG BARU. Prosiding NSMIS Book, 1(1), 55 – 61.
Risano, Yudi Eka. (2010). Review dan analisa karakteristik dan penyebab kerusakan sudu turbin gas.
MECHANICAL, 1(1).
Zulfikar, Pertaonan Harahap, & Laksono, Henry Agung. (2019). Analisa Perbandingan Pengaruh Variasi Jumlah Sudu 4 Dan 8 Pada Turbin  Angin Savonius Terhadap Tegangan Dan Arus Generator Dc. Jurnal Rele: Jurnal Teknik Elektro. Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara, 2(1).